Proinflammatory Cytokines과 TGF-beta가 섬유모세포의 증식에 미치는 영향

The Effects of Proinflammatory Cytokines and TGF-beta, on The Fibroblast Proliferation

연구배경: 조식의 손상에의한 염증반응후 회복과정에서 정상조직으로 환원되지 않고 일부는 결체조직으로 대체되어 섬유화가 일어난다. 이 비정상적 섬유화에 의해 섬유화증이 일어나 조직의 원래 기능을 상설하기도 한다. 이때 염증에 관계되는 세포로부터 분비된 여러종류의 cytokine들이 섬유모세포의 증식과 교원질 합성을 조절한다. 이에 관계된 cytokine들의 상호 관련성과 섬유모세포증식에의 영향을 알아내어 조절함으로써 섬유화증을 예방하고 치료하는데 도움을 줄 수 있다. 본 연구에서는 proinflammatory cytokine인 TNF-$\alpha$, IL-1$\beta$, IL-6와 섬유모세포의 증식에 큰 영향을 미치는 TGF-$\beta$의 상호 관련성을 알아보고자 하였다. 방 법: 섬유모세포는 사람 태아의 섬유모세포주인 MRC-5를 사용하였으며, 0, 0.5, 1, 5, 10, 20%의 우태아 혈청을 첨가하여 1, 2, 3, 4, 5일째의 MRC-5 증식을 측정하여, 최소한으로 MRC-5의 증식을 억제하면서 생존을 유지시킬 수 있는 배양액중 혈청농도를 먼저 확정한 후, TGF-$\beta$, TNF-$\alpha$, IL-1$\beta$, IL-6를 각각 RPMI 배지에 첨가하여 $37^{\circ}C$, 5% $CO_2$ 보온기에서 96 시간동안 배양하여 0.5 % naphthol blue black으로 염색한 뒤, 50mM의 NaOH로 naphthol blue black을 유리시켜 630nm에서의 분광흡수를 잼으로써 MRC-5의 수를 측정하였다. 또한 TGF-$\beta$와 다른 cytokine의 관련성을 알아보기위해 TGF-$\beta$와 함께 IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$를 각각 배지에 첨가하여 96 시간 배양 후, 위와 동일한 방법으로 MRC-5의 수를 측정하였으며, TNF-$\alpha$와 IL-1$\beta$, IL-6의 상호 관련성을 알아보기 위해 TNF-$\alpha$와 함께 IL-1$\beta$, IL-6를 각각 배지에 첨가하여 96 시간 배양한 뒤 위와 동일한 방법으로 MRC-5의 수를 측정하였고, 마지막으로 TGF-$\beta$와 TNF-$\alpha$의 섬유모세포 증식에 미치는 상호 관련성을 알아보기 위하여 TGF-$\beta$와 TNF-$\alpha$를 함께 배지에 첨가하여 96 시간 배양 후, MRC-5의 수를 역시 통일한 방법으로 측정하였다. 결 과: 1. 최소한으로 MRC-5의 증식을 억제하면서 생존을 유지할 수 있는 배양액중 혈청 농도를 측정한 결과, 0.5% 혈청 농도에서 MRC-5의 증식이 50% 증가된 상태로 배양 6일째 까지 유지되었다. 따라서 이후의 실험에서 사용된 배양액에는 0.5%의 우태아혈청을 포함시켰다. 2. 각 cytokine이 MRC-5 증식에 미치는 영향 0.5%의 우태아혈청만이 있는 상태에서의 MRC-5 증식 정도를 100%로 기준하였을 때, IL-1$\beta$는 50 ng/ml의 농도에서만 45%의 증식 촉진효과를 보였고, IL-6는 영향이 없었으며, TGF-$\beta$와 TNF-$\alpha$는 농도에 의존성을 보이며 MRC-5의 증식을 최고 160% 까지 증가시켰다. 3. TGF-$\beta$에 의한 MRC-5 증식능증가에 IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$가 미치는 영향 50 ng/ml의 TGF-$\beta$ 단독 자극에 비하여, IL-1$\beta$ 혼합배양시 농도에 의존성으로 보이며 최고 64% 까지, TNF-$\alpha$ 혼합배양시 농도에 의존성을 보이며 최고 159% 까지 MRC-5의 증식을 증가시켰다. IL-6는 약한 억제효과를 보였으나 TGF-$\beta$에 의한 MRC-5 증식능 증가에 영향을 미치지 못하였다. 4. TNF-$\alpha$에 의한 MRC-5 증식능 증가에 IL-1$\beta$, IL-6가 미치는영향 50 ng/ml의 TNF-$\alpha$ 단독자극에 비하여, IL-1$\beta$을 혼합 배양하였을때 농도에 의존성을 보이며 최고 50%까지 MRC-5의 증식을 억제하였고, IL-6는 영향을 미치지 못하였다. 5. TNF-$\alpha$와 TGF-$\beta$의 MRC-5 증식능 증가에서의 상호관련성 50 ng/ml의 TGF-$\beta$와 TNF-$\alpha$는 MRC-5의 증식을 각각 89%, 135% 증가시켰으며, TGF-$\beta$와 TNF-$\alpha$ 공존시에는 MRC-5의 증식을 222% 증가시켰다. 결 론: TNF-$\alpha$ TGF-$\beta$, IL-1$\beta$의 순서로 MRC-5에 대한 증식 자극효과가 있으며 IL-6는 증식을 억제하는 효과가 있었다. TGF-$\beta$의 MRC-5에 대한 증식 자극효과는 IL-1과 TNF-$\alpha$에 의해 첨가효과를 관찰할 수 있었고, TNF-$\alpha$의 MRC-5 증식 자극효과는 IL-1$\beta$에 의하여 억제되었다.

Backgrounds: The injury of a tissue results in the infalmmation, and the imflammed tissue is replaced by the normal parenchymal cells during the process of repair. But, constitutional or repetitive damage of a tissue causes the deposition of collagen resulting in the loss of its function. These lesions are found in the lung of patients with idiopathic pulmonary fibrosis, complicated fibrosis after diffuse alveolar damage (DAD) and inorganic dust-induced lung fibrosis. The tissue from lungs of patients undergoing episodes of active and/or end-stage pulmonary fibrosis shows the accumulation of inflammatory cells, such as mononuclear cells, neutrophils, mast cells and eosinophils, and fibroblast hyperplasia. In this regard, it appears that the inflammation triggers fibroblast activation and proliferation with enhanced matrix synthesis, stimulated by inflammatory mediators such as interleukin-1 (IL-1) and/or tumor necrosis factor (TNF). It has been well known that TGF-$\beta$ enhance the proliferation of fibroblasts and the production of collagen and fibronectin, and inhibit the degradation of collagen. In this regard, It is likely that TGF-$\beta$ undergoes important roles in the pathogenesis of pulmonary fibrosis. Nevertheless, this single cytokine is not the sole regulator of the pulmonary fibrotic response. It is likely that the balance of many cytokines including TGF-$\beta$, IL-1, IL-6 and TNF-$\alpha$ regulates the pathogenesis of pulmonary fibrosis. In this study, we investigate the interaction of TGF-$\beta$, IL-1$\beta$, IL-6 and TNF-$\alpha$ and their effect on the proliferation of fibroblasts. Methods: We used a human fibroblast cell line, MRC-5 (ATCC). The culture of MRC-5 was confirmed by immunofluorecent staining. First, we determined the concentration of serum in cuture medium, in which the proliferation of MRC-5 is supressed but the survival of MRC-5 is retained. Second, we measured optical density after staining the cytokine-stimulated cells with 0.5% naphthol blue black in order to detect the effect of cytokines on the proliferation of MRC-5. Result: In the medium containing 0.5% fetal calf serum, the proliferation of MRC-5 increased by 50%, and it was maintained for 6 days. IL-1$\beta$, TNF-$\alpha$ and IL-6 induced the proliferation of MRC-5 by 45%, 160% and 120%, respectively. IL-1$\beta$ and TNF-$\alpha$ enhanced TGF-$\beta$-induced proliferation of MRC-5 by 64% and 159%, but IL-6 did not affect the TGF-$\beta$-induced proliferation. And lNF-$\alpha$-induced proliferation of MRC-5 was reduced by IL-1$\beta$ in 50%. TGF-$\beta$, TNF-$\alpha$ and both induced the proliferation of MRC-5 to 89%, 135% and 222%, respectively. Conclusions: TNF-$\alpha$, TGF-$\beta$ and IL-1$\beta$, in the order of the effectiveness, showed the induction of MRC-5 proliferation of MRC-5. TNF-$\alpha$ and IL-1$\beta$ enhance the TGF-$\beta$-induced proliferation of MRC-5, but IL-6 did not have any effect TNF-$\alpha$-induced proliferation of MRC-5 is diminished by IL-1, and TNF-$\alpha$ and TGF-$\beta$ showed a additive effect.